Рисунок 1

Диаграмма "жидкость-пар" для смеси бензол-толуол

Вообще флегмовое число отражает угол наклона рабочей линии к оси абсцисс для верхней части колонны и входя в уравнение рабочей линии. Уравнение рабочей линии для верхней части колонны выглядит как:

(5)

y_D , как впрочем и y_W определяются равными x_D и x_W соответственно. Иначе говоря предполагается что состав паровой и жидкой фазы одинаков как для низа так и для верха колонны. Все это можно увидеть на рисунке 1.

Минимальное флегмовое число определяется по следующей формуле:

(6)

где - мольная доля спирта в паре, находящемся в равновесии с исходной смесью, определяется по y-x диаграмме .

Тогда:

Рабочее значение флегмового числа примем равным 2,1. Для определения рабочего флегмового числа существует множество рекомендаций, мы их упускаем, но их можно найти в [3].

2.1.3 Построение рабочей линии на диаграмме “жидкость - пар”.

Рабочая линия процесса ректификации, в отличие от процесса абсорбции, представляет собой совокупность рабочих линий для верхней и для нижней части колонны и характеризуется изломом в точке соответствующей составу питательной смеси.

Для верхней части колонны можно воспользоваться уравнением (5), а для нижней части колонны существует уравнение:

(6)

Вид рабочей линии представлен на все том же рисунке 1.

2.1.4 Определение среднего массового расхода по жидкости

Средние массовые расходы по жидкости для верхней и нижней частей колонны определяются из соотношений :

(7)

(8)

где М_P и М_F - мольные массы дистиллята и исходной смеси,

М_В и М_Н - мольные массы жидкости в верхней и нижней частях,

Мольная масса жидкости в верхней и нижней частях колонны соответственно равна :

(9)

(10)

где М_б и М_т - мольные массы бензола и толуола

x_ср.в и x_ср.н - средний мольный состав жидкости соответственно в верхней и нижней частях колонны:

Тогда

Аналогично находится мольная масса исходной смеси:

Мольную массу дистиллята можно принять равной мольной массе бензола.

Подставив результаты соотношения в (7) и (8) получаем:

2.1.5 Определение среднего массового расхода по пару

Средние массовые потоки пара в верхней и нижней частях колонны соответственно равны :

(11)

(12)

где и - средние мольные массы паров в верхней и нижней частях колонны:

(13)

(14)

где средние значения состава паровой фазы рассчитываются аналогично жидкой фазе и равны:

Тогда из формул (13) и (14) следует

Подставив результаты в (11) и (12) получаем:

2.2 Скорость пара и диаметр колонны

На этой стадии необходимо выбрать тип тарелки. Поскольку предполагается, что жидкость не содержит взвешенных частиц выберем используем ситчатые тарелки.

Допустимая скорость в верхней и нижней части колонны определяется по формуле:

(15)

Поскольку плотности бензола и толуола близки, то плотность жидкой фазы может быть приближенно определена как 796 кг/м³.

Средняя плотность пара для нижней и для верхней части колонны может быть определена по формуле:

(16)

где t - температура для верхней или для нижней части колонны.

Температура в колонне, в свою очередь, определяется по диаграмме t - x,y, которую можно увидеть на рисунке 2.